Основы электроники 1 Основные схемы выпрямления электрического тока (стр. 2 )

Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше постоянная времени RC. Это приводит к более медленному разряду конденсатора, что повышает выходное напряжение.

Наиболее распространёнными сглаживающими фильтрами в выпрямителях электронных приборов являются П-образные LC-фильтры (рис. 13а). В них постоянная составляющая выпрямленного тока, свободно проходящая через дроссель Др, попадает затем в нагрузку и замыкается через трансформатор. Переменные составляющие, замыкаясь через большие ёмкости С1 и С2, в нагрузку не проходят.

При больших токах нагрузки успешно работает Г-образный фильтр (рис. 13б), а при малых токах нагрузки в качестве сглаживающего фильтра достаточно включить конденсатор (рис. 13в), что делается в переносных радиоприёмниках и магнитолах. Во многих случаях дроссель заменяют резистором, что несколько снижает качество фильтрации, но зато значительно удешевляет фильтр (рис.13г, д). В наиболее ответственных случаях сглаживающий фильтр делают многозвенным, состоящим их нескольких П-образных или Г-образных LC или RC фильтров (рис. 13е).

 

3  Стабилизаторы напряжения

Выходное напряжение выпрямителя может изменяться по двум причинам. Во-первых, может изменяться входное напряжение выпрямителя, что приводит к уменьшению или увеличению выходного напряжения. Во-вторых, может изменяться сопротивление нагрузки, что приводит к изменению потребляемого тока.

Многие электрические цепи рассчитаны на работу при определённом напряжении. Изменения напряжения могут влиять на работу цепи. Следовательно, выпрямитель должен обеспечивать выходное напряжение постоянной величины независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Для этого после сглаживающего фильтра ставят стабилизатор напряжения.

Существуют два основных типа стабилизаторов напряжения: параллельные и последовательные. Последовательные стабилизаторы более популярны, чем параллельные, так как они более эффективны и рассеивают меньшую мощность. Последовательный стабилизатор напряжения также работает в качестве управляющего устройства, защищая источник питания от короткого замыкания в нагрузке.

 

На рис. 14 показана простая регулирующая цепь на основе стабилитрона. Это параллельный стабилизатор. Стабилитрон соединён последователь-но с резисторм. Входное постоянное напряжение прикладывается к стабилитрону и резистору и смещает стабилитрон в обратном направлении. Резистор позволяет протекать малому току и поддерживать стабилитрон в области пробоя. Входное напряжение должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона. Выходное напряжение может быть увеличено или уменьшено путём замены стабилитрона и последовательно включённого резистора.

На рис. 15 изображена параллельная регулирующая цепь, использующая транзистор. Заметим, что транзистор VT1 включён параллельно нагрузке. Это защищает стабилизатор в случае короткого замыкания в нагрузке. Существуют более сложные параллельные стабилизаторы, которые используют более одного транзистора.

На рис. 16 изображён простой последовательный стабилизатор. На его вход подаётся нестабилизированное постоянное напряжение, а на его выходе получается стабилизированное постоянное напряжение меньшее по величине. Напряжение на базе транзистора устанавливается с помощью стабилитрона. Следовательно, выходное напряжение равно напряжению стабилизации стабилитрона минус 0,7 В падения напряжения на переходе база-эмиттер.

В последнее время вместо стабилизаторов на дискретных компонентах всё чаще используют стабилизаторы на интегральных микросхемах, которые дёшевы и просты в применении. Большинство стабилизаторов на интегральных микросхемах имеют только три вывода (вход, выход, земля) и могут быть подсоединенные непосредственно к выходу фильтра выпрямителя. Стабилизаторы на интегральных микросхемах обеспечивают широкий диапазон выходных напряжений как положительной, так и отрицательной полярности. Существуют также двухполярные стабилизаторы напряжения. Если стабилизатора с нужным напряжением нет среди стандартных микросхем, можно использовать микросхему стабилизатора с регулируемым напряжением.

При выборе микросхемы стабилизатора необходимо знать напряжение и ток нагрузки, а также электрические характеристики нестабилизированного блока питания.

4  Типы усилителей на транзисторах

Усилители – это электронные цепи, которые используют для увеличения амплитуды электронного сигнала. Цепь, рассчитанная на преобразование низкого напряжения в высокое, называется усилителем напряжения. Цепь, рассчитанная на преобразование слабого тока в сильный, называется усилителем тока. В современной электронике основными усилительными устройствами являются транзисторы.

Существует несколько способов включения транзистора в цепь: схема с общей базой, схема с общим эмиттером и схема с общим коллектором. В каждой из этих схем один из выводов транзистора служит общей точкой, а два других являются входом и выходом, при этом на переход эмиттер-база подаётся напряжение смещения в прямом направлении, а на переход коллектор база – в обратном. Каждая схема имеет преимущества и недостатки и может быть собрана как с p-n-p, так и с n-p-n транзистором.

В схеме с общей базой (рис. 17) входной сигнал подаётся в цепь эмиттер-база, а выходной снимается с цепи коллектор-база. База является общим элементом для входа и выхода.

В схеме с общим эмиттером (рис. 18) входной сигнал подаётся в цепь эмиттер-база, а выходной сигнал снимается с цепи коллектор-эмиттер. Эмиттер является общим для входа и выхода. Этот способ включения транзистора используется наиболее широко.

В схеме с общим коллектором (рис. 19) входной сигнал подаётся в цепь база-коллектор, а выходной сигнал снимается с цепи эмиттер-коллектор. Здесь коллектор является общим для входа и выхода.

В таблице 1 приведены входные и выходные сопротивления, а также величина усиления по напряжению, току и мощности для трёх схем включения транзистора.

Таблица 1

Тип цепи	Входное сопротивление	Выходное сопротивление	Усиление по напряжению	Усиление по току	Усиление по мощности
Общая база	Десятки Ом	Сотни кОм – единицы МОм	Несколько сотен	Меньше единицы	Несколько сотен
Общий эмиттер	Тысячи Ом	Десятки–сотни кОм	Несколько десятков	Несколько сотен	Несколько тысяч
Общий коллектор	Десятки-сотни кОм	Десятки-сотни Ом	Меньше единицы	Несколько сотен	Несколько десятков

Поскольку цепи с общим эмиттером используются наиболее часто, мы их опишем более детально. Те же принципы применимы и к цепям с общей базой и общим коллектором.

На рис. 20 изображён транзисторный усилитель с общим эмиттером, использующий один источник питания. Источник питания обозначен +V. Символ заземления является отрицательным выводом источника питания V. Один источник питания обеспечивает подачу смещения для переходов база-эмиттер и база-коллектор. Два резистора (RБ и RК) используются для распределения напряжения, обеспечивающего правильную работу. Резистор RК, сопротивление нагрузки коллектора, соединён последовательно с коллектором. Когда через коллектор течёт ток, на резисторе RК появляется падение напряжения. Падение напряжения на резисторе RК и падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора в сумме должны равняться приложенному напряжению.

Резистор RБ, соединяющий базу с источником питания, управляет величиной тока базы. Ток базы, текущий через резистор RБ, создаёт на нём падение напряжения, составляющее большую часть напряжения источника питания. Меньшая часть этого напряжения падает на переходе база-эмиттер транзистора, обеспечивая правильное прямое смещение.

5 Элементы цифровых электронных цепей

В основе цифровой электроники лежит двоичная система счисления. Для записи чисел в двоичной системе нужны только две цифры – ноль (0) и единица (1). Двоичная система счисления используется в цифровых цепях благодаря тому, что двоичные цифры легко представить в виде двух напряжений – высокого и низкого. Данные в двоичной системе представляются двоичными цифрами, которые называются битами. Термин бит означает двоичная цифра (разряд) (binary digit).

Всё цифровое оборудование, от простого до сложного, сконструировано с использованием небольшого количества основных схем. Эти схемы, называемые логическими элементами, выполняют некоторые логические функции с двоичными данными.

Рассмотрим некоторые логические схемы.

Элемент И – это логическая схема, на выходе которой 1 появляется только тогда, когда на все его входы поступает сигнал 1. Если на какой-либо из входов поступает 0, на выходе появляется 0.

 

На рис. 21 показаны стандартные обозначения, используемые для элементов И. Элемент И может иметь любое количество входов, большее одного. Показанные на рисунке обозначения представляют наиболее часто используемые элементы с двумя, тремя и четырьмя входами.